JP2008288071A - Magnetic proximity switch - Google Patents

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Katsufumi Nagasu
勝文 長洲
Kazuhisa Itoi
和久 糸井
Takuya Aizawa
卓也 相沢
Satoru Nakao
知 中尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic proximity switch in which a sensor can be made smaller and control of an impressed magnetic field can be made easily. <P>SOLUTION: The magnetic proximity switch 10 is provided with a semiconductor board 11 having an integrated circuit element for conducting a switching work, a magnetoresistive element 12 which is arranged on one surface of the semiconductor board 11 and has a magnetic sensing direction in surface direction, and at least a coil 13 for impressing a bias magnetic field on the magnetoresistive element 12. The coil 13, when an external magnetic field is not impressed, impresses the bias magnetic field in a surface direction where the magnetoresistive element 12 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁性体の接近を検知することができる磁気近接スイッチに関する。   The present invention relates to a magnetic proximity switch that can detect the approach of a magnetic material.

回転の検知や、位置の検出など、物体の接近を検知するためのセンサには、磁気検出素子(例えばホール素子や磁気抵抗素子(以下「MR素子」という。)など)が使われているものがある。これらの磁気検出素子を用いたセンサは、検知対象物にあらかじめ磁石を取り付けたり検知対象物を着磁させたりしておき、検知対象物が磁気検出素子に接近すると、検知対象物の接近がわかるというものである(例えば非特許文献1参照)。また、特許文献1,2のように、磁気検出素子側に磁石を取り付けておき、磁性体の位置を検出するという方法もある。これらの特許文献に記載のセンサは、磁気検出素子側に磁性体が近づくと、磁気検出素子側にかかっている磁界が減少していることを利用している。
ホールセンサ(磁気近接スイッチ)[online]、松下電工株式会社、[平成19年4月12日検索]、インターネット<URL: http://www.mew.co.jp/ac/download/fasys/component/limit_switch/catalog/ps−j.pdf> 特開平6−82465号公報 特許第2503481号公報
A sensor that detects the approach of an object, such as detection of rotation or position, uses a magnetic detection element (for example, a Hall element or a magnetoresistive element (hereinafter referred to as “MR element”)). There is. Sensors using these magnetic detection elements attach a magnet to the detection object in advance or magnetize the detection object, and when the detection object approaches the magnetic detection element, the approach of the detection object is known. (For example, see Non-Patent Document 1). In addition, as in Patent Documents 1 and 2, there is a method in which a magnet is attached to the magnetic detection element side and the position of the magnetic body is detected. The sensors described in these patent documents utilize that the magnetic field applied to the magnetic detection element side is reduced when the magnetic body approaches the magnetic detection element side.
Hall sensor (magnetic proximity switch) [online], Matsushita Electric Works, Ltd., [April 12, 2007 search], Internet <URL: http: // www. mew. co. jp / ac / download / fays / component / limit_switch / catalog / ps-j. pdf> JP-A-6-82465 Japanese Patent No. 2503481

しかしながら、検知対象物にあらかじめ磁石を取り付けたり検知対象物を着磁させたりする手法では、磁石を取り付けたり着磁させたりする手間がかかる。また、精度良く磁石を取り付けたり着磁させたりすることが困難である。また、磁気検出素子としてホール素子を用いたホールセンサでは、チップの垂直方向の磁束しか捕らえることができないので、バイアス磁界を印加するための磁石が大型になってしまう。   However, in the method of attaching a magnet to a detection object in advance or magnetizing the detection object, it takes time and effort to attach or magnetize the magnet. In addition, it is difficult to attach or magnetize the magnet with high accuracy. In addition, in a Hall sensor using a Hall element as a magnetic detection element, only the magnetic flux in the vertical direction of the chip can be captured, so that a magnet for applying a bias magnetic field becomes large.

磁気検出素子としてMR素子を用いたセンサでは、検出ICを別に用意する必要があるため、センサが大型になってしまう。また、磁気検出素子側に磁石を取り付ける場合は、印加磁界のばらつきが大きいという問題がある。   In a sensor using an MR element as a magnetic detection element, it is necessary to prepare a detection IC separately, which results in a large sensor. In addition, when a magnet is attached to the magnetic detection element side, there is a problem that variation in applied magnetic field is large.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、センサを小型化でき、印加磁界の制御が容易な磁気近接スイッチを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnetic proximity switch in which a sensor can be miniaturized and an applied magnetic field can be easily controlled.

前記課題を解決するため、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板と、前記半導体基板の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するためのコイルを少なくとも備え、前記コイルは、外部磁界が印加されていない状態では、前記磁気抵抗素子が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものであることを特徴とする磁気近接スイッチを提供する。
本発明の磁気近接スイッチにおいて、前記集積回路素子は、前記磁気抵抗素子の出力電圧を所定の閾値と比較してスイッチング動作を行うものであることが好ましい。
また、前記集積回路素子は、前記所定の閾値を複数通り設定できるものであることが好ましい。
In order to solve the above problems, a semiconductor substrate including an integrated circuit element that performs a switching operation, a magnetoresistive element that is provided on one surface of the semiconductor substrate and has a magnetosensitive direction in an in-plane direction, and the magnetic The coil includes at least a coil for applying a bias magnetic field to the resistance element, and the coil applies a bias magnetic field in an in-plane direction where the magnetoresistive element is formed when no external magnetic field is applied. A magnetic proximity switch is provided.
In the magnetic proximity switch of the present invention, it is preferable that the integrated circuit element performs a switching operation by comparing an output voltage of the magnetoresistive element with a predetermined threshold value.
Moreover, it is preferable that the said integrated circuit element can set the said predetermined threshold value in multiple ways.

本発明によれば、コイルからバイアス磁界を印加するので、自発磁化を有していない磁性体でも、その接近を検知することができる。また、MR素子のスイッチング磁界や、センサから対象物までの距離に応じてバイアス磁界を変更することができる。また、精度よくバイアス磁界を印加することができる。また、MR素子がスイッチング磁界の異なる複数出力を持つ場合、対象物との距離を多段階で検知することができる。コイルをWLPで作製した場合、非常に薄い磁気近接センサを実現することができる。   According to the present invention, since the bias magnetic field is applied from the coil, the approach can be detected even with a magnetic material having no spontaneous magnetization. Further, the bias magnetic field can be changed according to the switching magnetic field of the MR element and the distance from the sensor to the object. In addition, the bias magnetic field can be applied with high accuracy. In addition, when the MR element has a plurality of outputs with different switching magnetic fields, the distance to the object can be detected in multiple stages. When the coil is made of WLP, a very thin magnetic proximity sensor can be realized.

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
本発明の磁気近接スイッチは、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板と、前記半導体基板の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子(以下「MR素子」という。)と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するためのコイルを少なくとも備え、前記コイルは、外部磁界が印加されていない状態では、前記磁気抵抗素子が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものである。
The present invention will be described below with reference to the drawings based on the best mode.
The magnetic proximity switch of the present invention includes a semiconductor substrate having an integrated circuit element for performing a switching operation, and a magnetoresistive element (hereinafter referred to as “a magnetoresistive element” provided on one surface of the semiconductor substrate and having a magnetosensitive direction in an in-plane direction. MR element ”) and a coil for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element, and the coil has an in-plane direction in which the magnetoresistive element is formed when no external magnetic field is applied. A bias magnetic field is applied.

半導体基板としては、例えばシリコン(Si)基板が挙げられる。半導体基板には、集積回路素子を設けておくと、検出ICを別に用意する必要がなく、磁気近接スイッチモジュールを小型化することができる。集積回路素子は、磁性体からなる検知対象物による磁界の変化を検知するため、磁気抵抗素子の出力電圧を所定の閾値と比較してスイッチング動作を行うものが好ましい。コイルは、ウエハレベルパッケージ(WLP)プロセスによって作られたものであれば、非常に小型のセンサとすることができる。   An example of the semiconductor substrate is a silicon (Si) substrate. If an integrated circuit element is provided on the semiconductor substrate, it is not necessary to prepare a separate detection IC, and the magnetic proximity switch module can be reduced in size. The integrated circuit element preferably performs a switching operation by comparing the output voltage of the magnetoresistive element with a predetermined threshold value in order to detect a change in the magnetic field due to the detection object made of a magnetic material. If the coil is made by a wafer level package (WLP) process, it can be a very small sensor.

コイルは、MR素子にバイアス磁界を印加するため用いられる。磁気近接スイッチを使用するときには、コイルによってバイアス磁界を印加しておき、検知対象物が接近すると、磁束が検知対象物に吸引されるので、MR素子にかかる磁束密度が減少し、検知対象物の接近を検知することができる。検知対象物は、自発磁化を持つ磁石である必要はなく、磁性体であれば何でも良いので、検知対象物に磁石を取り付けたり、検知対象物を着磁したりする手間が必要ない。さらに、検知対象物の磁石とMR素子との精度よい位置合わせが必要なくなる。また、バイアス磁界の印加手段としてコイルを用いるため、バイアス磁界を変更することが可能である。よって、磁気近接スイッチがスイッチング磁界の異なる複数の出力を持つ場合、検知対象物との距離を多段階で検知することが可能となる。   The coil is used to apply a bias magnetic field to the MR element. When using a magnetic proximity switch, a bias magnetic field is applied by a coil, and when the object to be detected approaches, the magnetic flux is attracted to the object to be detected. Approach can be detected. The detection object does not need to be a magnet having spontaneous magnetization, and any magnetic material can be used. Therefore, there is no need to attach a magnet to the detection object or magnetize the detection object. Furthermore, accurate alignment between the magnet of the detection object and the MR element is not necessary. Further, since the coil is used as the bias magnetic field applying means, the bias magnetic field can be changed. Therefore, when the magnetic proximity switch has a plurality of outputs having different switching magnetic fields, it is possible to detect the distance from the detection target in multiple stages.

図1、図2を参照して、本発明の磁気近接スイッチの動作について説明する。図1(A)は、磁性体からなる検知対象物2が磁気近接スイッチ1から遠い位置(以下「位置A」という。)にある場合を表す。図1(B)は、磁性体からなる検知対象物2が磁気近接スイッチ1から中程度離れた位置(以下「位置B」という。)にある場合を表す。図1(C)は、磁性体からなる検知対象物2が磁気近接スイッチ1に近い位置(以下「位置C」という。)にある場合を表す。   The operation of the magnetic proximity switch of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A shows a case where the detection object 2 made of a magnetic material is at a position far from the magnetic proximity switch 1 (hereinafter referred to as “position A”). FIG. 1B shows a case where the detection object 2 made of a magnetic material is in a position (hereinafter referred to as “position B”) that is moderately separated from the magnetic proximity switch 1. FIG. 1C shows a case where the detection object 2 made of a magnetic material is in a position close to the magnetic proximity switch 1 (hereinafter referred to as “position C”).

MR素子は、バイアス磁界が検知対象物2に吸引されることによる磁界の変化を検知して、その変化量に応じた値の出力電圧を出力する。集積回路素子は、磁性体からなる検知対象物による磁界の変化を検知するため、MR素子の出力電圧を所定の閾値と比較してスイッチング動作を行うことにより、検知対象物2が磁気近接スイッチ1から所定の距離以上離れているかどうかに対応した、高レベル(High Level)と低レベル(Low Level)の2通りの信号を出力する。   The MR element detects a change in the magnetic field due to the bias magnetic field attracted to the detection object 2, and outputs an output voltage having a value corresponding to the amount of change. Since the integrated circuit element detects a change in the magnetic field due to the detection object made of a magnetic material, the detection object 2 is switched to the magnetic proximity switch 1 by performing a switching operation by comparing the output voltage of the MR element with a predetermined threshold value. Two signals of high level (High Level) and low level (Low Level) corresponding to whether or not a predetermined distance or more are output.

検知対象物2が磁気近接スイッチ1に接近するときの磁界の変化量は、磁気近接スイッチ1から検知対象物2までの距離に応じて変化する。例えば図1において、検知対象物2が位置Aにあるときは、コイルから印加されるバイアス磁界がほとんどそのままMR素子にかかるが、検知対象物2が位置Bにあるとき、さらに検知対象物2が位置Cまで接近したときには、バイアス磁界が検知対象物2に吸引されることにより、MR素子にかかる磁界が減少し、MR素子の出力電圧も、磁界の減少量に応じて変化する。   The amount of change of the magnetic field when the detection object 2 approaches the magnetic proximity switch 1 changes according to the distance from the magnetic proximity switch 1 to the detection object 2. For example, in FIG. 1, when the detection object 2 is at the position A, the bias magnetic field applied from the coil is applied to the MR element as it is, but when the detection object 2 is at the position B, the detection object 2 is further When approaching the position C, the magnetic field applied to the MR element is reduced by attracting the bias magnetic field to the detection object 2, and the output voltage of the MR element also changes in accordance with the amount of decrease in the magnetic field.

したがって、集積回路素子が比較する基準となる所定の閾値を複数通り設定することにより、磁気近接スイッチ1の出力がHighとなるかLowとなるかが切り替わるときの磁界の大きさを複数通りに変更することができ、ひいては、磁気近接スイッチ1の出力がHighとなるかLowとなるかが切り替わるときの検知対象物2から磁気近接スイッチ1までの距離を複数通りに変更することができる。   Therefore, by setting a plurality of predetermined threshold values as a reference to be compared with the integrated circuit element, the magnitude of the magnetic field when the output of the magnetic proximity switch 1 is switched to High or Low is changed to a plurality of types. As a result, the distance from the detection object 2 to the magnetic proximity switch 1 when the output of the magnetic proximity switch 1 is switched to High or Low can be changed in a plurality of ways.

例えば、図2(a)に示すように、MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさであるときに、出力のHighおよびLowが切り替わるように設定しておくと、バイアス磁界が20G(ガウス)であるときには、検知対象物2が位置Aにあるときは、a11に示す状態となり、Lowの信号を出力する。同様に、バイアス磁界が20Gで、検知対象物2が位置Bにあるときは、b11に示す状態となり、Lowの信号を出力し、バイアス磁界が20Gで、検知対象物2が位置Cにあるときは、c11に示す状態となり、Highの信号を出力する。バイアス磁界が30Gであるときには、検知対象物2が位置A、B、Cのいずれの場合においても、Lowの信号を出力する。   For example, as shown in FIG. 2A, when the magnetic field applied to the MR element is the magnitude indicated by “output 1”, if the setting is made so that the output High and Low are switched, the bias magnetic field is When it is 20G (Gauss), when the detection object 2 is at the position A, the state becomes a11 and a Low signal is output. Similarly, when the bias magnetic field is 20G and the detection target 2 is at the position B, the state shown in b11 is output, a Low signal is output, the bias magnetic field is 20G, and the detection target 2 is at the position C. Enters the state shown in c11 and outputs a High signal. When the bias magnetic field is 30 G, a Low signal is output regardless of whether the detection object 2 is in the positions A, B, or C.

また、図2(b)に示すように、MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさであるときに、出力のHighおよびLowが切り替わるように設定しておくと、バイアス磁界が20Gであるときには、検知対象物2が位置A、B、Cのいずれの場合においても、Highの信号を出力するのに対して、バイアス磁界が30Gである場合には、検知対象物2が位置Aにあるときは、a22に示す状態となってLowの信号を出力し、検知対象物2が位置Bにあるときは、b22に示す状態となってHighの信号を出力し、検知対象物2が位置Cにあるときは、c22に示す状態となってHighの信号を出力する。   Also, as shown in FIG. 2B, when the magnetic field applied to the MR element is the magnitude indicated by “output 2”, if the setting is made so that the output high and low are switched, the bias magnetic field is When the detection target 2 is 20 G, the detection target 2 outputs a high signal in any of the positions A, B, and C, whereas when the bias magnetic field is 30 G, the detection target 2 is positioned. When it is in A, it is in the state shown in a22 and outputs a Low signal, and when the detection object 2 is in position B, it is in the state shown in b22 and outputs a High signal, and the detection object 2 Is at position C, the state shown in c22 is output and a High signal is output.

以上の状態の変化をまとめると、表1のようになる。   Table 1 summarizes the changes in the above states.

Figure 2008288071
Figure 2008288071

したがって、MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさであるときに出力のHighおよびLowが切り替わるように設定した上で、20Gのバイアス磁界を印加すると、位置Aと位置Bは区別できないが、位置Cにあるかどうかを区別することが可能になる。また、MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさであるときに出力のHighおよびLowが切り替わるように設定した上で、30Gのバイアス磁界を印加すると、位置Bと位置Cは区別できないが、位置Aにあるかどうかを区別することが可能になる。これらの2つの検知結果を組み合わせることにより、位置A、位置B、位置Cの3段階で、検知対象物までの距離を検知することが可能になる。   Therefore, when a 20 G bias magnetic field is applied while setting the output High and Low to be switched when the magnetic field applied to the MR element has the magnitude indicated by “output 1”, the position A and the position B are distinguished. Although it is not possible, it becomes possible to distinguish whether it is in position C or not. When the magnetic field applied to the MR element is the magnitude indicated by “output 2” and the setting is made so that the output High and Low are switched, and the bias magnetic field of 30 G is applied, the position B and the position C are distinguished. Although it is not possible, it becomes possible to distinguish whether it is in position A or not. By combining these two detection results, it is possible to detect the distance to the detection target in three stages of position A, position B, and position C.

なお、本形態例においては、図2(a)において、MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさより小さいときに出力がHighとなり、MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさより大きいときに出力がLowとなり、図2(b)において、MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさより小さいときに出力がHighとなり、MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさより大きいときに出力がLowとなるものとしたが、これとは逆に、MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさであるときに出力のHighおよびLowが切り替わるように設定するとき、MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさより大きいときに出力がHighとなり、MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさより小さいときに出力がLowとなり、MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさであるときに出力のHighおよびLowが切り替わるように設定するとき、MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさより大きいときに出力がHighとなり、MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさより小さいときに出力がLowとなるものとしても良い。   In this embodiment, in FIG. 2A, when the magnetic field applied to the MR element is smaller than the magnitude indicated by “Output 1”, the output becomes High, and the magnetic field applied to the MR element is indicated by “Output 1”. 2B, the output becomes High when the magnetic field applied to the MR element is smaller than the magnitude indicated by “Output 2” in FIG. 2B, and the magnetic field applied to the MR element becomes “Output 2”. In contrast to this, the output becomes Low when the magnitude is greater than the value indicated by “”. On the contrary, when the magnetic field applied to the MR element is the magnitude indicated by “Output 1”, the output High and Low are When setting to be switched, the output becomes High when the magnetic field applied to the MR element is larger than the magnitude indicated by “Output 1”, and the magnetic field applied to the MR element is large indicated by “Output 1”. When the output is low and the magnetic field applied to the MR element is set to be switched between High and Low when the magnetic field applied to the MR element is the magnitude indicated by “output 2”, the magnetic field applied to the MR element is “output 2”. The output may be high when the magnitude is greater than “”, and the output may be low when the magnetic field applied to the MR element is less than the magnitude indicated by “output 2”.

検知対象物までの距離をリアルタイムで検知するため、
(1)MR素子にかかる磁界が「出力1」で示した大きさであるときに出力のHighおよびLowが切り替わるように設定した上で、20Gのバイアス磁界を印加する状態と、
(2)MR素子にかかる磁界が「出力2」で示した大きさであるときに出力のHighおよびLowが切り替わるように設定した上で、30Gのバイアス磁界を印加する状態とは、所定の周期で交互に切り替えることが必要である。本発明においては、バイアス磁界を印加する手段がコイルであるので、印加磁界の大きさの切り替えを容易かつ高速で行うことができる。
In order to detect the distance to the detection object in real time,
(1) A state in which a 20 G bias magnetic field is applied after setting the output High and Low to be switched when the magnetic field applied to the MR element has the magnitude indicated by “output 1”;
(2) A state in which a high and low output is switched when the magnetic field applied to the MR element has a magnitude indicated by “output 2” and a 30 G bias magnetic field is applied is a predetermined cycle. It is necessary to switch alternately. In the present invention, since the means for applying the bias magnetic field is a coil, the magnitude of the applied magnetic field can be switched easily and at high speed.

ここでは、集積回路素子が所定の閾値を1通りしか設定できない従来の構成では、検知対象物までの距離を、閾値より遠い場合か近い場合かの2通りしか判別できないのに対して、集積回路素子が所定の閾値を2通り設定できるようにした本発明の構成では、検知対象物までの距離を、3通りに区別して検知することができることを示した。したがって、同様の技術的思想に基づいて、集積回路素子が所定の閾値を3通り以上設定できるようにすれば、検知対象物までの距離を、4通り以上に区別して検知することができることは明らかである。   Here, in the conventional configuration in which the integrated circuit element can set only one predetermined threshold value, the distance to the object to be detected can be determined only in two cases, that is, whether the distance is far from or near the threshold value. In the configuration of the present invention in which the element can set two predetermined threshold values, it has been shown that the distance to the detection target can be detected in three different ways. Therefore, it is clear that if the integrated circuit element can set three or more predetermined thresholds based on the same technical idea, the distance to the detection target can be distinguished and detected in four or more ways. It is.

また、このとき、集積回路素子から出力されるこの磁気近接スイッチの出力としては、MR素子の出力が高レベル状態(印加磁束密度が小)のときに高電圧値による信号を出し、MR素子の出力が低レベル状態(印加磁束密度が大)のときに低電圧値による信号を出すようにしてもよく、その逆に、MR素子の出力が高レベル状態(印加磁束密度が小)のときに低電圧値による信号を出し、MR素子の出力が低レベル状態(印加磁束密度が大)のときに高電圧値による信号を出すようにしてもよい。   At this time, the magnetic proximity switch output from the integrated circuit element outputs a signal with a high voltage value when the output of the MR element is in a high level state (applied magnetic flux density is small). When the output is in a low level state (applied magnetic flux density is large), a signal with a low voltage value may be output. Conversely, when the output of the MR element is in a high level state (applied magnetic flux density is small). A signal with a low voltage value may be output, and a signal with a high voltage value may be output when the output of the MR element is in a low level state (applied magnetic flux density is large).

本発明の磁気近接スイッチの具体的な実施例について、図3〜図8に示す。なお、本発明の磁気近接スイッチは、これらの実施例に限定されるものではない。   Specific examples of the magnetic proximity switch of the present invention are shown in FIGS. The magnetic proximity switch of the present invention is not limited to these examples.

図3に示す磁気近接スイッチ10は、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板11と、この半導体基板11の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子12と、この磁気抵抗素子12にバイアス磁界を印加するためのコイル13を少なくとも備え、コイル13は、外部磁界が印加されていない状態では、磁気抵抗素子12が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものである。この例では、印加磁界方向は、図3の左右方向である。また、コイル13は、WLPプロセスにより半導体基板11の表側の面に形成されており、かつ磁気抵抗素子12とは上下に重なりがある位置に設けられている。   A magnetic proximity switch 10 shown in FIG. 3 includes a semiconductor substrate 11 having an integrated circuit element for performing a switching operation, and a magnetoresistive element provided on one surface of the semiconductor substrate 11 and having a magnetosensitive direction in an in-plane direction. The element 12 and at least a coil 13 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element 12 are provided. The coil 13 is biased in the in-plane direction in which the magnetoresistive element 12 is formed when no external magnetic field is applied. A magnetic field is applied. In this example, the applied magnetic field direction is the left-right direction of FIG. Further, the coil 13 is formed on the front surface of the semiconductor substrate 11 by the WLP process, and is provided at a position where it overlaps with the magnetoresistive element 12 in the vertical direction.

図4に示す磁気近接スイッチ20は、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板21と、この半導体基板21の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子22と、この磁気抵抗素子22にバイアス磁界を印加するためのコイル23を少なくとも備え、コイル23は、外部磁界が印加されていない状態では、磁気抵抗素子22が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものである。この例では、印加磁界方向は、図4の左右方向である。また、コイル23は、WLPプロセスにより半導体基板21の裏側の面に形成されている。   A magnetic proximity switch 20 shown in FIG. 4 includes a semiconductor substrate 21 having an integrated circuit element that performs a switching operation, and a magnetoresistive element provided on one surface of the semiconductor substrate 21 and having a magnetosensitive direction in the in-plane direction. The element 22 and at least a coil 23 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element 22 are provided, and the coil 23 is biased in the in-plane direction in which the magnetoresistive element 22 is formed when no external magnetic field is applied. A magnetic field is applied. In this example, the applied magnetic field direction is the left-right direction in FIG. The coil 23 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 21 by a WLP process.

図5に示す磁気近接スイッチ30は、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板31と、この半導体基板31の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子32と、この磁気抵抗素子32にバイアス磁界を印加するためのコイル33を少なくとも備え、コイル33は、外部磁界が印加されていない状態では、磁気抵抗素子32が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものである。この例では、印加磁界方向は、図5の左右方向である。また、コイル33は、WLPプロセスにより半導体基板31の表側の面に形成されており、かつ磁気抵抗素子32とは重なりのない位置に設けられている。このため、磁気抵抗素子32とコイル33とを同一面上に設けることが可能である。   A magnetic proximity switch 30 shown in FIG. 5 includes a semiconductor substrate 31 having an integrated circuit element for performing a switching operation, and a magnetoresistive element provided on one surface of the semiconductor substrate 31 and having a magnetosensitive direction in an in-plane direction. The element 32 and at least a coil 33 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element 32 are provided. The coil 33 is biased in the in-plane direction in which the magnetoresistive element 32 is formed when no external magnetic field is applied. A magnetic field is applied. In this example, the applied magnetic field direction is the left-right direction in FIG. The coil 33 is formed on the front surface of the semiconductor substrate 31 by the WLP process, and is provided at a position where it does not overlap with the magnetoresistive element 32. For this reason, it is possible to provide the magnetoresistive element 32 and the coil 33 on the same plane.

図6に示す磁気近接スイッチ40は、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板41と、この半導体基板41の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子42と、この磁気抵抗素子42にバイアス磁界を印加するためのコイル43を少なくとも備え、コイル43は、外部磁界が印加されていない状態では、磁気抵抗素子42が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものである。この例では、印加磁界方向は、図6の左右方向である。また、コイル43は、WLPプロセスにより半導体基板41の表側の面に形成されたスパイラル(渦巻き状)コイルである。   A magnetic proximity switch 40 shown in FIG. 6 includes a semiconductor substrate 41 having an integrated circuit element for performing a switching operation, and a magnetoresistive element provided on one surface of the semiconductor substrate 41 and having a magnetosensitive direction in the in-plane direction. The element 42 and at least a coil 43 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element 42 are provided. The coil 43 is biased in the in-plane direction in which the magnetoresistive element 42 is formed when no external magnetic field is applied. A magnetic field is applied. In this example, the applied magnetic field direction is the left-right direction in FIG. The coil 43 is a spiral coil formed on the front surface of the semiconductor substrate 41 by the WLP process.

図7に示す磁気近接スイッチ50は、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板51と、この半導体基板51の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子52と、この磁気抵抗素子52にバイアス磁界を印加するためのコイル53を少なくとも備え、コイル53は、外部磁界が印加されていない状態では、磁気抵抗素子52が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものである。この例では、印加磁界方向は、図7の左右方向である。また、コイル53は、エナメル線のような細径導線からなるコイル(巻線コイル)であり、磁気抵抗素子52を設けた半導体基板51がコイル53の内部(中空部)に収容された構成となっている。   A magnetic proximity switch 50 shown in FIG. 7 includes a semiconductor substrate 51 having an integrated circuit element for performing a switching operation, and a magnetoresistive element provided on one surface of the semiconductor substrate 51 and having a magnetosensitive direction in an in-plane direction. An element 52 and at least a coil 53 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element 52 are provided, and the coil 53 is biased in the in-plane direction in which the magnetoresistive element 52 is formed when no external magnetic field is applied. A magnetic field is applied. In this example, the applied magnetic field direction is the left-right direction in FIG. The coil 53 is a coil (winding coil) made of a thin wire such as an enamel wire, and the semiconductor substrate 51 provided with the magnetoresistive element 52 is housed in the coil 53 (hollow part). It has become.

図8に示す磁気近接スイッチ60は、スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板61と、この半導体基板61の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子62と、この磁気抵抗素子62にバイアス磁界を印加するためのコイル63を少なくとも備え、コイル63は、外部磁界が印加されていない状態では、磁気抵抗素子62が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものである。この例では、印加磁界方向は、図8の左右方向である。また、コイル63は、エナメル線のような細径導線からなるコイル(巻線コイル)であり、半導体基板61の裏側に設けられた構成となっている。
なお、特に図示はしないが、図8に示す例にならって、巻線コイルを半導体基板の表側に設けた構成とすることもできる。
A magnetic proximity switch 60 shown in FIG. 8 includes a semiconductor substrate 61 having an integrated circuit element for performing a switching operation, and a magnetoresistive element provided on one surface of the semiconductor substrate 61 and having a magnetosensitive direction in the in-plane direction. The element 62 and at least a coil 63 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element 62 are provided. The coil 63 is biased in the in-plane direction in which the magnetoresistive element 62 is formed when no external magnetic field is applied. A magnetic field is applied. In this example, the applied magnetic field direction is the left-right direction in FIG. The coil 63 is a coil (winding coil) made of a thin wire such as an enamel wire, and has a configuration provided on the back side of the semiconductor substrate 61.
Although not particularly shown, a configuration in which the winding coil is provided on the front side of the semiconductor substrate may be used in accordance with the example shown in FIG.

本発明は、磁性体の接近を検知することができる磁気近接スイッチとして利用することができる。   The present invention can be used as a magnetic proximity switch that can detect the approach of a magnetic material.

(A)、(B)、(C)は、本発明の磁気近接スイッチの動作を説明する図である。(A), (B), (C) is a figure explaining operation | movement of the magnetic proximity switch of this invention. (a)、(b)は、本発明の磁気近接スイッチの動作を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining operation | movement of the magnetic proximity switch of this invention. 本発明の磁気近接スイッチの第1の形態例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st example of a magnetic proximity switch of this invention. 本発明の磁気近接スイッチの第2の形態例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd example of a magnetic proximity switch of this invention. 本発明の磁気近接スイッチの第3の形態例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 3rd example of a magnetic proximity switch of this invention. 本発明の磁気近接スイッチの第4の形態例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 4th example of a magnetic proximity switch of this invention. 本発明の磁気近接スイッチの第5の形態例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 5th example of a magnetic proximity switch of this invention. 本発明の磁気近接スイッチの第6の形態例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 6th example of a magnetic proximity switch of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…磁気近接スイッチ、2…検知対象物、10,20,30,40,50,60…磁気近接スイッチ、11,21,31,41,51,61…半導体基板、12,22,32,42,52,62…磁気抵抗素子、13,23,33,43,53,63…コイル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic proximity switch, 2 ... Detection object 10, 20, 30, 40, 50, 60 ... Magnetic proximity switch 11, 21, 31, 41, 51, 61 ... Semiconductor substrate, 12, 22, 32, 42 , 52, 62 ... magnetoresistive elements, 13, 23, 33, 43, 53, 63 ... coils.

Claims (3)

スイッチング動作を行う集積回路素子を備えた半導体基板と、前記半導体基板の一方の面上に設けられ、かつ面内方向に感磁方向を持つ磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するためのコイルを少なくとも備え、
前記コイルは、外部磁界が印加されていない状態では、前記磁気抵抗素子が形成された面内方向にバイアス磁界を印加するものであることを特徴とする磁気近接スイッチ。
A semiconductor substrate having an integrated circuit element for performing switching operation, a magnetoresistive element provided on one surface of the semiconductor substrate and having a magnetosensitive direction in an in-plane direction, and applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element At least a coil for
The magnetic proximity switch according to claim 1, wherein the coil applies a bias magnetic field in an in-plane direction where the magnetoresistive element is formed when no external magnetic field is applied.
前記集積回路素子は、前記磁気抵抗素子の出力電圧を所定の閾値と比較してスイッチング動作を行うものであることを特徴とする請求項1に記載の磁気近接スイッチ。   The magnetic proximity switch according to claim 1, wherein the integrated circuit element performs a switching operation by comparing an output voltage of the magnetoresistive element with a predetermined threshold value. 前記集積回路素子は、前記所定の閾値を複数通り設定できるものであることを特徴とする請求項2に記載の磁気近接スイッチ。   The magnetic proximity switch according to claim 2, wherein the integrated circuit element can set a plurality of the predetermined threshold values.
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